Obtaining bioproducts by slow pyrolysis of coffee and cocoa husks as suitable candidates for being used as soil amendment and source of energy

Obtención de bioproductos por pirólisis lenta de cascarillas de café y cacao para su posible uso como fuentes de energía y fertilizantes

La política económica agrícola de Cuba pretende triplicar los cultivos de café y cacao para el año 2021, lo cual implica un aumento de residuos de biomasa y la necesidad de encontrar un uso adecuado para su eliminación. El proceso de pirólisis lenta permite convertir los residuos lignocelulósicos en productos de valor agregado como bio-carbón, bio-combustible y gas. En este trabajo se evaluó el rendimiento y el potencial energético teórico de estos co-productos como fuente de energía renovable. Las cáscaras de café son más adecuadas para la producción de gas con un rendimiento del 40,4%, mientras que las de semilla de cacao para bio-combustible, con un rendimiento del 37,4%. Para el 2021, el potencial energético teórico estimado es de 8291 MWh, equivalente a 716000 kg para las cáscaras de café; y de 1384 MWh equivalente a 121000 kg para las semillas de cacao. La caracterización del bio-carbón indicó altos contenidos de carbono, calcio, potasio, nitrógeno y oxígeno, lo que los convierte en un candidato adecuado para su uso como fertilizante del suelo. La conversión de estas biomasas en productos de valor agregado a través del proceso de pirólisis lenta contribuirá a mantener un ambiente limpio, reducir el efecto invernadero y ayudará a generar un ingreso adicional a los agricultores de las poblaciones rurales.

Introducción

El desarrollo sostenible es la clave para asegurar la calidad de vida de las generaciones futuras disminuyendo la contaminación ambiental. Desde la crisis energética mundial de 1970, se han realizado esfuerzos considerables para encontrar combustibles alternativos [1]. Se considera que la energía sostenible procedente de la biomasa es neutra en el ciclo del carbono, sin aumento neto de los niveles de CO₂ en la atmósfera, ya que el CO₂ liberado durante su combustión se fija en la biomasa mediante la fotosíntesis [2]. La producción de combustibles de biomasa a partir de residuos agrícolas disminuye la eliminación de residuos en el medio ambiente al transformarlos en productos de valor añadido [3-5].

La pirólisis es la descomposición termoquímica de materiales orgánicos en una atmósfera inerte, a temperaturas entre 400-900 °C [6, 7]. Este proceso produce biocarbón (~18 MJ/kg), bioaceite (~17 MJ/kg), ambos considerados como materiales de media a alta densidad energética, y productos gaseosos de baja densidad energética (~6 MJ/kg)[8]. El gas puede emplearse para cocinar o quemarse directamente como combustible para la producción de energía [9], y el bioaceite se utiliza como materia prima química para la obtención de sustancias químicas valiosas, siendo necesario mejorar este último producto debido a su alto contenido en agua e hidrocarburos oxigenados complejos [10].